Of bacteriën apart leven of in een biofilm bepaalt hoe ze resistentie ontwikkelen
Hoe bacteriën leven - hetzij als onafhankelijke, vrij rondzwemmende cellen, hetzij vast in een gemeenschappelijke biofilm - bepaalt hoe ze resistentie tegen antibiotica ontwikkelen. Als men daar rekening mee houdt, kan dat leiden tot een meer gepersonaliseerde benadering van therapieën tegen bacteriën en van het onder controle houden van infecties, zeggen onderzoekers.
Bacteriën vormen vaak een zogenoemde biofilm. Dat is een laag slijm die ze zelf produceren en die vastzit aan een oppervlak. De slijmlaag wordt ook extracellulaire matrix (ECM) genoemd, en ze kan tot 90 procent van de biomassa uitmaken van een biofilm, de 10 resterende procent zijn dan bacteriën.
Het slijm bestaat uit polysachariden - lange moleculen die bestaan uit een reeks monosachariden of eenvoudige suikers -, eiwitten, vetten en DNA. Omdat biofilms niet vlak zijn maar driedimensioneel en zorgen voor een gezamenlijke levensstijl voor micro-organismen, worden ze ook wel 'steden voor microben' genoemd. Biofilms komen in de natuur vaak voor - tandplak is er een voorbeeld van - en aangenomen wordt dat de meeste bacteriën in ons lichaam in biofilms zitten en groeien.
Onderzoekers van de University of Pittsburgh (Pitt) stelden in een nieuwe studie bacteriën, Acinetobacter baumannii, herhaaldelijk bloot aan ciprofloxacine, een antibioticum dat tegen verschillende bacteriën werkt. Zoals te verwachten was, ontwikkelden de bacteriën resistentie tegen het middel, maar verrassend was dat de manier waarop ze leefden, een invloed had op de specifieke aanpassingen die tevoorschijn kwamen.
"Wat we in het labo nabootsen, gebeurt in het 'wild', in het ziekenhuis, tijdens de ontwikkeling van resistentie tegen geneesmiddelen", zei senior auteur dokter Vaughn Cooper. "Onze resultaten tonen aan dat de groei van biofilms bepalend is voor de manier waarop de resistentie evolueert." Cooper is de directeur van het Center for Evolutionary Biology and Medecine aan Pitt.
Verborgen zwakheden
De bevindingen uit de studie kunnen kwetsbaarheden blootleggen die nuttig kunnen zijn bij de behandeling van resistente infecties, zei Alfonso Santos-Lopez. Santos-Lopez is de belangrijkste auteur van de nieuwe studie en een postdoctoraal onderzoeker in het labo van Cooper.
"Resistentie tegen antibiotoca is een van onze grootste problemen in de geneeskunde", zei hij. "We moeten nieuwe behandelingen ontwikkelen en een idee is gebruik te maken van wat het veld 'collaterale gevoeligheid' noemt. Als bacteriën resistentie ontwikkelen tegen één middel, kan dat een kwetsbaarheid blootleggen voor een andere klasse van antibiotica die de bacteriën effectief kunnen doden."
Als we deze evolutionaire duw-en-trekverhoudingen kennen, zou dat van het voorschrijven van antibiotica minder giswerk kunnen maken, zei Santos-Lopez.
In het experiment van de onderzoekers werden de bacteriën in de biofilm, toen ze resistentie ontwikkelden tegen ciprofloxacine, weerloos voor cephalosporines, een andere groep van antibiotica. De vrij rondzwevende bacteriën kregen die zwakke plek in hun verdediging niet, ook al werden ze wel 128 keer meer resistent aan ciprofloxacine dan de bacteriën die in een biofilm groeiden.
De bevindingen benadrukken hoe belangrijk het is bacteriën in het labo te bestuderen zoals ze natuurlijk voorkomen, in biofilms, zei medeauteur Michelle Scribner, eveneens een postdoctoraal onderzoeker in het labo van Cooper. "Biofilms zijn klinisch gezien een meer relevante levensstijl", zo zei ze. "Gedacht wordt dat ze de belangrijkste manier van groeien zijn voor bacteriën die in het lichaam leven. De meeste infecties worden veroorzaakt door biofilms op oppervlakten."
De studie van de onderzoekers van de University of Pittsburgh is gepubliceerd in eLIFE. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van Pitt.